Anàlisi del funcionament del Motor d’Stirling Autor: Francesc Polls Agell velocitat gir (rev/min)
180
L’objectiu d’aquest treball de recerca ha estat la construcció d’un motor d’Stirling i l’anàlisi del seu funcionament. Aquest motor és una màquina tèrmica de combustió externa que va ser creada per Robert Stirling l’any 1816 com a substitut de la màquina de vapor.
160 140 120 100 80 60 40 20 0 70
90
110
130
150
170
190
210
∆T 180
velocitat gir (rev/min)
Tutor: Daniel Urbano
160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
(Tc+273)/(Th+273)
<150ºC
150º-159ºC 180º-189ºC
160º-169ºC 190º-199ºC
170º-179ºC >200ºC
Fotografia del model construït. Gràfiques en què es relaciona la velocitat de gir i la diferència de temperatures (a dalt) i el quocient de les temperatures absolutes (a baix). En els dos casos les dades es classifiquen en grups segons la temperatura del focus calent, tal i com s’indica a la llegenda. Podem veure clarament que hi ha una temperatura mínima de funcionament del motor (aproximadament 170ºC). També es pot observar que a partir d’aquest punt la relació entre la velocitat de gir i la diferència o el quocient de temperatures és lineal.
Hem dividit el treball en 3 parts. Una primera part teòrica en què hem estudiat els continguts bàsics de termodinàmica que ens han permès entendre el funcionament del motor a nivell físic. Han estat especialment importants per entendre el funcionament del motor el principi de conservació de l’energia i la impossibilitat d’aprofitar-la tota. En la segona part hem construït el motor d’Stirling. Després de moltes proves hem aconseguit fer un motor amb materials casolans que arriba a funcionar amb 4 espelmes com a font d’energia. Com a punts claus per aconseguir el correcte funcionament del motor, a part d’un bon disseny, s’ha hagut d’evitar qualsevol tipus de fuga d’aire i minimitzar-ne els fregaments. Finalment, una tercera part en què hem fet l’estudi del motor, analitzant la relació que hi ha entre les temperatures de treball i la velocitat de gir. Els nostres resultats han indicat que el motor comença a funcionar tan sols a partir d’un mínim de temperatura del focus calent, independentment que la diferència de temperatures entre els focus sigui molt gran. És a dir, necessita que el gas del seu interior tingui un mínim d’energia per poder vèncer la pressió atmosfèrica i els fregaments del motor. Un cop el motor ja supera aquest punt crític s’observa que la relació entre la diferència de temperatures o el quocient d’aquestes i la velocitat de gir del motor és lineal.